算法人生(14):从“探索平衡策略”看“生活工作的平衡之道”

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在机器学习的早期阶段,探索对于理解环境至关重要,但随着智能体学习的深入,利用已知策略以获取稳定回报变得更为重要。过多的探索可能导致错失最优行动带来的回报,而过多的利用则可能使智能体陷入局部最优,错失更好的策略。因此,如何在探索和利用之间找到平衡,是强化学习中的关键问题。

在强化学习中,有一种策略叫“探索平衡策略Exploration-Exploitation Trade-off)”,这种策略的核心是在探索未知领域(以获取更多信息)和利用已知信息(来最大化即时回报)之间寻求平衡,以最大化长期收益(长期的学习和性能优化)

其中,探索和利用是这样定义的:

  • 探索(Exploration):指的是智能体尝试之前未尝试过的行为,以获取新信息和数据,从而发现更有价值的行动策略。探索使智能体能够获取新知识,有助于更全面地理解环境。
  • 利用(Exploitation):指的是智能体使用已知的信息,选择已知可以带来最大回报的行为。这是基于已有的知识,尽可能优化当前的性能和结果,从而获取最大化的短期回报。

通常情况下,探索和利用阶段分别会用到以下方法:

一、探索阶段

  1. 随机选择:完全随机地选择行动,而不考虑过去的经验或收益。这种方法可以确保探索所有可能的行动。
  2. 贪婪策略:大部分时间选择当前最佳的已知选项(利用),但以一个小概率ε选择随机行动(探索)。ε的大小通常在训练过程中逐渐减小,以逐步从“探索”转向“利用”。
  3. Upper Confidence Bound (UCB):选择具有最大“置信上界”的行动。这种方法考虑了每个选项的潜在最大值,自然地平衡了探索和利用,更适用于需要处理不确定性的情况。
  4. 汤普森抽样:从后验分布中随机抽取参数,按照这些参数制定策略,既考虑了探索也考虑了利用。

二、利用阶段

  1. 贪婪策略:同探索阶段类似,ε的大小通常在训练过程中会逐渐减小。这种方法简单直接,在确定环境中效果比较好,因为始终选择当前估计为最优的行动,但在未知领域可能表现不佳。
  2. 最佳策略追踪:在已探索和已评估的行动中选择表现最好的行动,这要求系统有一个良好的评估机制,以准确地衡量各个行动的潜在价值。与贪婪策略侧重于“短平快”的特点不同的是,最佳策略追踪侧重于从多个策略中通过持续的评估和调整来找到并实施最优策略,更适用于需要长期决策和适应性更强的环境。
  3. Q学习:它一种无模型的强化学习算法,可以直接从经验中学习行动的价值函数(Q值),选择具有最高Q值的行动进行利用。

由以上大家可以看出,“探索平衡策略”可以根据不同的环境和学习任务来选择不同的“平衡策略”。那我们的日常生活中是否也可以借鉴这个思维,在不同的人生阶段采用不同的平衡策略呢?

孩童少年事情,我们更多的要做的是学习新知识,对未知世界事物的好奇心驱使我们不停地“探索”。而成年走入社会之后,过多的探索可能带来更多的“分心”,缺少“专注”,影响“行走江湖的速度”;但过多的利用,呆在自己的“信息茧房”中,又可能让自己缺少多维度来看事物,看不到更多的可能性,也会影响“未来的丰富度”。就像“探索平衡策略”里说的那样:过多的探索可能导致错失最优行动带来的回报,而过多的利用则可能使智能体陷入局部最优,错失更好的策略。如何在探索和利用之间找到平衡,不止是强化学习的挑战,也是精彩人生的挑战!

2000多年前,佛陀在教导弟子们如何生活时,提到“保持中道”的思想跟“平衡策略”倒是十分类似。“中道”或“中观”思想强调避免“极端”,既要避免放纵欲望带来痛苦,也要避免过于“严苛”导致的身心疲惫,要在行为、思想、生活态度等方面找到平衡和谐的状态。

生活中,这种需要警醒“平衡”的时刻常伴左右,比如:

  • 工作相对不忙的时候(类似探索阶段):这时候就可以乘着这个时间多学习,不只是技术类的学习,还要包括各种软技能,与人沟通的技能,思维表达的技能,思考问题的技能、处理冲突的技能等等,还要有些自己的兴趣,找到些自己不熟悉但感兴趣的群体,跟着他们一起学习新的东西,开拓自己的眼界,拓宽思考问题的维度。还可以多接触些经典书籍,跟着古人多学习为人处世的思考和方法,都有助于自己思维的开拓。
  • 有重大项目要经常加班(类似利用阶段):虽然项目紧,任务重,但是还是需要劳逸结合,能推掉的不必要的事情就推掉,不是当前最重要的事情先放一放,能通过讨论就不做的需求就讨论(尽量不让不必要的需求进入开发阶段),能远离干扰的环境就远离(让自己集中火力完成某个模块的开发)等等。这些方法能让你在项目紧的情况下,争取些时间来“休息、平衡”。只有休息够了,才会有更好的效率继续做事。如果完成任务的时间已经恒定了,那我们只能从“减少不必要的事物”和“提升做事的效率”入手来让自己高效保质的完成任务了。

前有智者提倡“守中”,后有强化学习的“探索平衡策略”,无非都是在提醒我们生活中的每个阶段都有当前阶段的重点,跟着每个阶段做对应的事情很重要,但是也要避免过多的“极度”的状态,“保持平衡”的思想更有利于当下和长远的发展!

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